Міністерство освіти і науки України Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника Фізико-технічний факультет Кафедра теоретичної та експериментальної фізики Лабораторна робота ФПЕ-06м ВИЗНАЧЕННЯ РОБОТИ ВИХОДУ ЕЛЕКТРОНІВ З МЕТАЛУ м. Івано-Франківськ  Мета роботи: побудова і вивчення вольт - амперної характеристики діода; дослідження залежності густини струму насичення термоемісії від температури катода і визначення роботи виходу електрона з вольфраму методом прямих Річардсона. Загальні відомості Властивості металів в значній мірі визначаються станом електронів провідності, тобто електронів, здатних переміщатися в металі. Розподіл енергії електрона для обмеженого металу зображений на енергетичній діаграмі (рис.1). За нульову енергію тут вибрана енергія вільного електрона, який знаходиться за межами металу з кінетичною енергією рівною нулю.
Пунктиром зображені не зайняті енергетичні рівні при Т=0К. Енергетичні рівні електронів позначені тонкими горизонтальними лініями, що заповнюють інтервал енергій від дна потенційної ями до енергії EF. EF – енергія Фермі, максимальна кінетична енергія яку може мати електрон при Т=0К. Електронам, що знаходяться в потенційній ямі на різних енергетичних рівнях, для виходу за межі металу необхідно мати різну енергію. Мінімальна енергія, необхідна для виходу електрона з металу:
    (1) називається роботою виходу електрона з металу у вакумі при Т=0К. При температурі Т>0К електрони знаходяться в тепловій рівновазі, тому до енергії Фермі додається ще теплова енергія. Величина роботи виходу залежить від стану поверхні металу. Стан рівня Фермі при нагріві металу аж до розплавлення практично не змінюється, але при цьому виникає деяке число (невеликий відсоток) швидких електронів, які здатні подолати роботу виходу і вийти з металу. Розглянемо природу сил, перешкоджаючих виходу електронів з металу і визначають роботу виходу Авих. Окремі електрони провідності, рухаючись всередині металу з великими швидкостями, можуть перетинати поверхню металу. Електрон, що вилетів з металу, віддаляється від поверхні до тих пір, поки кулонівська взаємодія з надлишковим позитивним зарядом, що виник на місці, яке покинув електрон, не примусить його повернутися в метал. Процес «випаровування» і «конденсації» електронів відбувається постійно і вчерез деякий момент часу зрівноважується. Тому метал, стає, оповитий хмарою електронів, створюючих із зовнішнім шаром позитивних іонів подвійний електричний шар, подібно плоскому конденсатору. Поле подвійного шару перешкоджає виходу електронів з металу. Іншою силою, перешкоджаючою виходу електрона з металу, є кулонівська сила індукованого ним позитивного заряду (рис.2). Ця сила носить назву "Сили електричного зображення", оскільки дія розподіленого по поверхні провідника заряду еквівалентна дії рівного по величині позитивного заряду, що є дзеркальним зображенням електрона в площині РР. Обидва ці фізичні процеси і визначають величину Авих. При кімнатній температурі практично всі вільні електрони замкнуті в межах провідника, є лише невелика кількість електронів, енергія яких достатня для того, щоб подолати потенціальний бар'єр і вийти з металу. Додаткової енергії електронам можна надати різними способами. При цьому частина електронів дістає можливість покинути метал і спостерігається електронна емісія. Залежно від того, яким способом електрону надали енергії, розрізняють типи електронної емісії. Якщо електрони одержують енергію за рахунок підвищення його температури, то такий вид емісії називається термоелектронною емісією. Якщо енергія надається за допомогою світла – маємо явище фотоемісії. Якщо енергія надається електронам при бомбардуванні їх ззовні іншими частинками, спостерігається вторинна емісія. Для спостереження термоелектронної емісії можна використовувати двохелектродну вакуумну лампу –– діод (рис.3). Струм в цьому колі з'являється тільки в тому випадку, якщо позитивний полюс батаре...